TWI605139B - 散熱零件用銅合金板及散熱零件 - Google Patents
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Description
本發明是有關散熱零件用銅合金板及散熱零件。
被搭載於桌上型PC或筆記型PC等的CPU的動作速度的高速化及高密度化急速進展，來自該等的CPU的發熱量會更加增大。若CPU的溫度上昇至一定以上的溫度，則成為誤作動或熱暴走等的原因，因此來自CPU等的半導體裝置之效果性的散熱是成為切實的問題。
使用散熱片(heat sink)作為吸收半導體裝置的熱且使放散於大氣中的散熱零件。因為散熱片被要求高熱傳導性，所以使用熱傳導率大的銅或鋁等作為素材。但，對流熱阻限制了散熱片的性能，難以滿足發熱量增大的高機能電子零件的散熱要求。
因此，提案具備高的熱傳導性及熱輸送能力之管狀熱管及平面狀熱管(熱導板)，作為具有更高的散
熱性之散熱零件。熱管是藉由封入內部的冷媒的蒸發(來自CPU的吸熱)及凝縮(吸收的熱的放出)被循環地進行，相較於散熱片，發揮高的散熱特性。並且，提案藉由將熱管與散熱片或風扇等的散熱零件組合來解決半導體裝置的發熱問題。
作為用在散熱板、散熱片或熱管等的散熱零件的素材，大多使用導電率及耐蝕性佳的純銅製(無氧銅：C1020)的板或管。為了確保成形加工性，使用軟質的退火材(O材)或1/4H調質材作為素材，但在後述的散熱零件的製造工程中，有容易發生變形或瑕疵，衝孔加工時容易出現毛邊或衝孔金屬模具容易磨耗等的問題。另一方面，在專利文獻1及2中記載Fe-P系的銅合金板，作為散熱零件的素材。
散熱板及散熱片是藉由衝壓成形、衝孔加工、切削、開孔加工及蝕刻等來將純銅板加工成預定形狀後，因應所需進行Ni電鍍或Sn電鍍之後以焊錫、焊劑或黏著劑等來與CPU等的半導體裝置接合。
管狀熱管(參照專利文獻3)是將銅粉末燒結於管內而形成毛細管(wick)，加熱脫氣處理後，將一端予以銅焊密封，在真空或減壓下在管內放入冷媒之後，將另一方的端部予以銅焊密封而製造。
平面狀熱管(參照專利文獻4及5)是使管狀熱管的散熱性能更提升者。為了有效率地進行冷媒的凝縮及蒸發，而提案與管狀熱管同樣地在內面進行粗面化加工
或溝加工等者，作為平面狀熱管。藉由銅焊、擴散接合或焊接等的方法來接合進行衝壓成形、衝孔加工、切削或蝕刻等的加工後的上下2片的純銅板，在內部放入冷媒之後，藉由銅焊等的方法來密封。有在接合工程進行脫氣處理的情形。
並且，提案藉由外面構件及被收容於外面構件的內部的內部構件所構成者，作為平面狀熱管。內部構件是為了促進冷媒的凝縮、蒸發及輸送，而被一個或複數個配置於外面構件的內部者，被加工各種形狀的鰭、突起、孔或縫隙等。在此形式的平面狀熱管中也將內部構件配置於外面構件的內部之後，藉由銅焊或擴散接合等的方法來接合外面構件與內部構件而一體化，放入冷媒之後，藉由銅焊等的方法來密封。
[專利文獻1]日本特開2003-277853號公報
[專利文獻2]日本特開2014-189816號公報
[專利文獻3]日本特開2008-232563號公報
[專利文獻4]日本特開2007-315754號公報
[專利文獻5]日本特開2014-134347號公報
在該等的散熱零件的製造工程中，散熱板及散熱片是在錫焊或銅焊的工程被加熱至200~700℃程度。管狀熱管、平面狀熱管是在燒結、脫氣、使用磷銅焊劑(BCuP-2等)的銅焊、擴散接合或焊接等的工程被加熱至800~1000℃程度。
例如，使用純銅板作為熱管的素材時，在650℃以上的溫度進行加熱時的軟化激烈。並且，發生急劇的結晶粒的粗大化。因此，在往散熱片或半導體裝置的安裝或往PC框體的組裝等時，製造的熱管容易變形，熱管內部的構造會變化，且表面的凹凸變大，有無法發揮所期的散熱性能的問題。又，為了避免如此的變形，雖只要加厚純銅板的厚度即可，但如此一來，熱管的質量及厚度會增大。當厚度增大時，PC框體內部的間隙會變小，有對流傳熱性能降低的問題。
並且，在專利文獻1及2記載的銅合金板(Fe-P系)也若在650℃以上的溫度加熱則軟化，且相較於純銅，導電率大幅度降低。因此，經由燒結、脫氣、銅焊或擴散接合等的工程來例如製造平面狀熱管時，在同熱管的搬送及操縱或往基板的組裝工程等容易變形。而且，因導電率降低，作為熱管之所期待的性能出不來。
本發明是有鑑於在由純銅或銅合金板來製造散熱零件的製程的一部分中含有加熱至650℃以上的溫度的製程時的上述問題點而研發者，以提供一種可使經由加熱至650℃以上的溫度的製程而製造的散熱零件持有充分
的強度及散熱性能的銅合金板為目的。
析出硬化型銅合金是藉由溶體化處理後進行時效處理，強度及導電率會提升。但，析出硬化型銅合金，溶體化處理後，將施加冷塑性加工而成為析出位置的塑性應變導入合金中之後，若不進行時效處理，則會有藉由時效處理之強度及導電率的提升效果低的情況。
經由銅焊、擴散接合或焊接等的加熱工程而被製作的熱導板(vapor chamber)等的散熱零件的情況，在前述加熱工程後無被施加塑性加工的情形。因此，由析出強化型銅合金的板材來製作前述散熱零件時，相當於溶體化處理的上述加熱工程後，即使實施時效處理，也會有強度及導電率不充分提升的情況。
另一方面，本發明者們發現析出硬化型銅合金之中在Cu-Fe-P系合金中，藉由限定Fe、P的組成範圍及Fe/P比，上述加熱工程後，即使不施加塑性加工進行時效處理時，散熱零件的強度及導電率也會大幅度提升，達到本發明。
本發明的散熱零件用銅合金板是被使用在含有加熱至650℃以上的製程及時效處理作為製造散熱零件的製程的一部分時，含有Fe：0.07~0.7質量%，P：0.2質量%以下，將Fe的含量(質量%)設為[Fe]，且將P的含量(質量%)設為[P]時的兩者的比[Fe]/[P]為2~5，剩
餘部分由Cu及不可避免雜質所構成，850℃，30分鐘加熱後水冷，其次時效處理之後的0.2%耐力為100MPa以上，導電率為50%IACS以上。另外，Fe的含量[Fe]及P的含量[P]都為質量%。
本發明的散熱零件用銅合金板是更可含Sn作為合金元素。此情況，銅合金板是包含以圖1所示的點A(0.1，0.006)、點B(0.5，0.006)、點C(0.05，1.1)、點D(0.05，0.05)包圍的範圍內(包含境界線上)的Fe及Sn。P的含量及[Fe]/[P]是與上述相同。將此銅合金850℃，30分鐘加熱後水冷，其次時效處理之後的0.2%耐力是100MPa以上，導電率是45%IACS以上。
上述銅合金板是因應所需，可更含有1.5質量%以下(不包含0質量%)Zn作為合金元素，或/及合計含有0.5質量%以下(不包含0質量%)的下列元素：Mn：0.1質量%以下(不包含0質量%)，Mg：0.2質量%以下(不包含0質量%)，Si：0.2質量%以下(不包含0質量%)，Al：0.2質量%以下(不包含0質量%)，Cr：0.2質量%以下(不包含0質量%)，Ti：0.1質量%以下(不包含0質量%)及Zr：0.05質量%以下(不包含0質量%)中的其中1種或2種以上。
本發明的銅合金板是被使用在含有加熱至650℃以上的製程及時效處理作為製造散熱零件的製程的一部
分時。亦即，使用本發明的銅合金板來製造的散熱零件是高溫加熱至650℃以上後被時效處理，提升強度。
本發明的銅合金板是850℃，30分鐘加熱，其次進行時效處理時，0.2%耐力為100MPa以上，導電率為50%IACS以上(不含Sn的情況)或45%IACS以上(不含Sn的情況)。由於本發明的銅合金板是時效處理後的強度高，因此在將利用此銅合金板來製造的熱管等的散熱零件安裝至散熱片或半導體裝置或組裝於PC框體等時，該散熱零件不易變形。又，本發明的銅合金板雖導電率比純銅板低，但由於時效處理後的強度高，因此可薄片化，散熱性能的點可彌補導電率降低的部分。
圖1是表示本發明的銅合金板的組成之中Fe及Sn的範圍的圖。
以下，更詳細說明有關本發明的散熱零件用銅合金板。
本發明的銅合金板是藉由衝壓成形、衝孔加工、切削或蝕刻等來加工成預定形狀，經由高溫加熱(用以脫氣、接合(銅焊、擴散接合或焊接)或燒結等的加熱)，完成散熱零件。依散熱零件的種類或製造方法，前述高溫加熱
的加熱條件不同，本發明是假想以650℃~1050℃程度來進行前述高溫加熱的情況。本發明的銅合金板是由後述的組成的Fe-P系銅合金所構成，一旦加熱至前述溫度範圍內，則在加熱前析出的Fe-P化合物或Fe等的至少一部分會固溶，結晶粒會成長，產生軟化及導電率的降低。
本發明的銅合金板是850℃，30分鐘加熱後水冷，其次時效處理之後的強度(0.2%耐力)為100MPa以上，導電率為50%IACS以上或45%IACS以上。850℃，30分鐘的加熱是假想散熱零件的製造之前述高溫加熱的製程的加熱條件。若以此條件來高溫加熱本發明的銅合金板，則在加熱前析出的Fe-P化合物或Fe等會固溶，結晶粒會成長，產生軟化及導電率的降低。其次，若時效處理前述銅合金板，則微細的Fe-P化合物、Fe等會析出。藉此，因前述高溫加熱而降低的強度及導電率會顯著改善。
前述時效處理是可以(a)在高溫加熱後的冷卻工程中，在析出溫度範圍保持一定時間，(b)高溫加熱後冷卻至室溫，之後在析出溫度範圍再加熱，保持一定時間，(c)前述(a)的工程後，在析出溫度範圍再加熱，保持一定時間，等的方法來實施。
作為具體的時效處理條件，可舉在350~600℃的溫度範圍保持5分鐘~10小時的條件。只要適當選定優先強度的提升時是微細的Fe-P析出物生成的溫度-時間條件，優先導電率的提升時是固溶的Fe及P減少之過時效
傾向的溫度-時間條件即可。
時效處理後的銅合金板相較於高溫加熱後的純銅板，雖導電率低，但強度相較於純銅板，顯著變高。為了取得此效果，使用本發明的銅合金板來製造的熱管等的散熱零件是高溫加熱後被時效處理。時效處理條件是如前述般。時效處理後的散熱零件(銅合金板)是強度高，安裝至散熱片或半導體裝置或組裝於PC框體等時，可防止該散熱零件的變形。又，由於本發明的銅合金板(時效處理後)相較於純銅板，強度高，因此可使薄片化(0.1~1.0mm厚)，藉此提高散熱零件的散熱性能，可彌補與純銅板比較時的導電率的降低部分。
另外，本發明的銅合金板是即使高溫加熱的溫度為未滿850℃(650℃以上)或超過850℃(1050℃以下)，在時效處理後，還是可達成100MPa以上的0.2%耐力，及50%IACS以上或45%IACS以上的導電率。
本發明的銅合金板是在被高溫加熱至650℃以上的溫度之前，藉由衝壓成形、衝孔加工、切削或蝕刻等來加工成散熱零件的構件。銅合金板是具有在前述加工時的搬送及操縱中不容易變形的強度，前述加工可無障礙實行的機械特性為理想。更具體而言，本發明的銅合金板是具有0.2%耐力150MPa以上，伸展5%以上，平均結晶粒徑20μm以下，及良好的彎曲加工性(參照後述的實施例)為理想。若滿足以上的特性，則銅合金板的調質不成問題。例如溶體化處理材、時效處理完成材、將溶體化處
理材冷軋者或將時效處理完成材冷軋者等皆可使用。
一旦平均結晶粒徑超過20μm，則藉由加工成散熱零件時的加工(衝壓成形、彎曲加工、衝孔加工、切削、蝕刻等)，會有因板表面的粗糙、衝孔或切削加工所產生的毛邊或蝕刻所造成的尺寸精度的降低等的問題發生。並且，結晶粒會藉由之後高溫加熱至650℃以上的溫度而更粗大化，作為散熱零件的平坦性會降低。因此，在被高溫加熱至650℃以上的溫度之前的板材表面所測定的平均結晶粒徑是20μm以下為理想，15μm以下更理想。
如先前所述般，加工本發明的銅合金板而製造的散熱零件是一旦高溫加熱至650℃以上的溫度，則軟化。高溫加熱後的散熱零件是更具有在實施時效處理時的搬送及操縱中不容易變形的強度為理想。為此，在850℃，30分鐘加熱後水冷的階段，具有40MPa以上的0.2%耐力為理想。
使用本發明的銅合金板來製造的散熱零件是接受時效處理之後，因應所需，以耐蝕性及錫焊性的提升為主目的，至少在外表面的一部分形成有Sn被覆層。Sn被覆層是包含電鍍或無電解電鍍或該等的電鍍後加熱至Sn的融點以下或融點以上而形成者。Sn被覆層是包含Sn金屬及Sn合金，Sn合金是除了Sn以外，合金元素可舉Bi，Ag，Cu，Ni，In及Zn的其中1種以上合計含5質量%以下者。
在Sn被覆層之下可形成Ni，Co或Fe等的底
層電鍍。該等的底層電鍍是具有作為防止來自母材的Cu或合金元素的擴散的屏障之機能，及防止因擴大散熱零件的表面硬度而造成受傷之機能。亦可在前述底層電鍍之上電鍍Cu，更電鍍Sn後，進行加熱至Sn的融點以下或融點以上的熱處理，而形成Cu-Sn合金層，設為底層電鍍、Cu-Sn合金層及Sn被覆層的3層構成。Cu-Sn合金層是具有作為防止來自母材的Cu或合金元素的擴散的屏障之機能，及防止因擴大散熱零件的表面硬度而造成受傷之機能。
並且，利用本發明的銅合金板來製造的散熱零件是接受時效處理之後，因應所需，至少在外表面的一部分形成有Ni被覆層。Ni被覆層是具有作為防止來自母材的Cu或合金元素的擴散的屏障之機能，防止因擴大散熱零件的表面硬度而造成受傷之機能、及使耐蝕性提升之機能。
其次，分成不含Sn的情況及含Sn的情況來說明有關本發明的銅合金板的組成。
此情況，銅合金的組成是含有Fe：0.07~0.7質量%，P：0.2質量%以下，Fe的含量[Fe]與P的含量[P]的比[Fe]/[P]為2~5，剩餘部分由Cu及不可避免雜質所構成。因應所需，可含有1.5質量%以下(不包含0質量%)Zn，或/及合計含有0.5%以下(不包含0質量%)的
下列元素：Mn：0.1質量%以下(不包含0質量%)，Mg：0.2質量%以下(不包含0質量%)，Si：0.2質量%以下(不包含0質量%)，Al：0.2質量%以下(不包含0質量%)，Cr：0.2質量%以下(不包含0質量%)，Ti：0.1質量%以下(不包含0質量%)及Zr：0.05質量%以下(不包含0質量%)中的其中1種或2種以上。以下，說明有關各元素的添加理由。
Fe是與P形成化合物，具有使時效處理後的銅合金板的強度及導電率提升的作用。但，若Fe含量未滿0.07質量%，則高溫加熱及時效處理後的0.2%耐力成為未滿100MPa。另一方面，若Fe含量超過0.7質量%，則高溫加熱及時效處理後的導電率成為未滿50%IACS。因此，Fe含量是設為0.07~0.7質量%。Fe含量的下限較理想是0.15質量%，上限較理想是0.65質量%。在本發明的銅合金板的Fe含量的範圍中，溶體化處理後，不塑性加工地時效處理時，主要Fe-P化合物析出。相較於此，Fe單體的析出物會大幅度變少。
P是具有藉由脫氧作用來減低銅合金中所含的氧量，防止在含氫的還原環境下加熱散熱零件時的氫脆性之作用。並且，固溶後的P是藉由加熱至析出溫度來形成Fe-P化合物而使銅合金的強度、耐熱性、及導電率提升。但，若P的含量超過0.2質量%，則在熱軋鑄塊時產生破裂，無法之後的加工，因此P含量的上限值是設為0.2質量%。
為了上述作用，P的含量是某程度為必要，但另一方面，無助於析出的P的含量是在可防止氫脆性的範圍儘可能少為理想。基於此點，將Fe的含量(質量%)設為[Fe]，且將P的含量(質量%)設為[P]時的兩者的比[Fe]/[P]成為2~5的範圍內。若[Fe]/[P]未滿2，則無助於Fe-P化合物的形成所固溶的P的量會變多，若[Fe]/[P]超過5，則同樣固溶的Fe的量會變多，總之無法將時效處理後的銅合金板的導電率形成50%IACS以上。並且，當[Fe]/[P]未滿2或超過5時，無助於Fe-P化合物的形成之Fe或P變多，銅合金板的時效處理後的強度不充分提升。[Fe]/[P]的下限值、較理想是2.5、更理想是3.0、[Fe]/[P]的上限值較理想是4.5，更理想是4.0。
Zn是具有改善銅合金板的焊錫的耐熱剝離性及Sn電鍍的耐熱剝離性之作用，所以因應所需被添加。將散熱零件裝入半導體裝置時，有時需要錫焊，且製造散熱零件後，有時進行Sn電鍍。含有Zn的銅合金板會被適用在如此的散熱零件的製造。但，若Zn的含量超過1.5質量%，則焊錫潤濕性會降低，導電率也降低，因此Zn的含量是設為1.5質量%以下。Zn的含量的上限值是0.7質量%以下為理想，0.5質量%以下更理想。另一方面，若Zn含量未滿0.01質量%，則耐熱剝離性的改善是不夠充分，Zn的含量是0.01質量%以上為理想。Zn含量的下限值是0.05質量%更理想，0.1質量%更加理想。
Mn、Mg、Si、Al、Cr、Ti、Zr是具有使銅合
金的強度及耐熱性提升的作用，因此該等的1種或2種以上因應所需被添加。Mn、Mg、Si及Al是即使使少量含有也令銅合金的導電率降低，因此分別將上限值設為Mn：0.1質量%，Mg：0.2質量%，Si：0.2質量%及Al：0.2質量%。Cr、Ti及Zr是容易形成數μm~數10μm程度的氧化物系、硫化物系等的介在物，因冷軋而在前述介在物與母材之間形成間隙，前述介在物存在於表面時，使銅合金的耐蝕性降低。因此，Cr、Ti及Zr的上限值是設為Cr：0.2質量%，Ti：0.1質量%及Zr：0.05質量%。並且，Mn、Mg、Si、Al、Cr、Ti及Zr的其中複數種類的元素含於銅合金，一旦其合計含量超過0.5質量%，則銅合金的導電率會降低。因此，該等的元素的合計含量是設為0.5質量%以下(不包含0質量%)。另一方面，該等的元素的1種或2種以上的合計含量的下限值較理想是0.01質量%，更理想是0.02質量%，更加理想是0.03質量%。
此情況，銅合金的組成是包含以圖1所示的點A(0.1，0.006)，點B(0.5，0.006)，點C(0.05，1.1)，點D(0.05，0.05)包圍的範圍內(包含境界線上)的Fe及Sn，以及P，0.2質量%以下，剩餘部分由Cu及不可避免雜質所構成。Fe的含量[Fe]與P的含量[P]的比[Fe]/[P]為2~5。因應所需，含有1.5質量%以下(不包含0質量%)Zn，或/及合計含有0.5質量%以下(不包
含0質量%)的下列元素：Mn：0.1質量%以下(不包含0質量%)，Mg：0.2質量%以下(不包含0質量%)，Si：0.2質量%以下(不包含0質量%)，Al：0.2質量%以下(不包含0質量%)，Cr：0.2質量%以下(不包含0質量%)，Ti：0.1質量%以下(不包含0質量%)及Zr：0.05質量%以下(不包含0質量%)中的其中1種或2種以上。
Fe是與P形成化合物，具有使時效處理後的銅合金板的強度及導電率提升的作用。只要Fe、Sn的含量為以圖1所示的點A、B、C及D包圍的範圍內，則時效處理後的強度(0.2%耐力)為100MPa以上，且導電率為45%IACS以上。
Fe含量的下限值較理想是0.07質量%，更理想是0.15質量%。另一方面，由圖1，Fe的上限值是依Sn的含量而定，成為圖1的線部分BC以下的值。另外，將Fe的含量(質量%)設為[Fe]，且將Sn的含量(質量%)設為[Sn]時，線部分BC之[Fe]與[Sn]的關係式是可以其次的式來表示。
[Fe]=-0.411×[Sn]+0.502
例如，Sn的含量為0.4質量%的情況，Fe含量的上限值是0.338質量%，Sn的含量為0.2質量%的情況，Fe含量的上限值是0.420質量%。
Sn含量的下限值較理想是0.01質量%，更理想是0.02質量%，上限值較理想是0.5質量%，更理想是0.4質
量%。
有關P及Zn以及Mn、Mg、Si、Al、Cr、Ti及Zr的作用及含量是與銅合金不含Sn的情況相同，省略說明。
本發明的銅合金板是例如將鑄塊熱軋後，重複1次或2次以上冷軋及熱處理(時效處理)，藉此製造。使用前述組成的銅合金，在以下的條件下製造的銅合金板是0.2%耐力為150MPa以上，伸展為5%以上，及具有良好的彎曲加工性。並且，在850℃，30分鐘加熱後，具有40MPa以上的0.2%耐力，其次時效處理後，具有100MPa以上的0.2%耐力及50%IACS以上或45%IACS以上的導電率。
溶解或鑄造是可藉由連續鑄造或半連續鑄造等的通常的方法來進行。另外，銅溶解原料是使用S、Pb、Bi、Se及As的含量少者為理想。並且，注意被覆於銅合金金屬熔液的木炭的赤熱化(水分除去)，原料金屬，碎片原料，導管，鑄模的乾燥，及金屬熔液的脫氧等，減低O及H為理想。
對於鑄塊，進行均質化處理為理想，均質化處理是鑄塊內部的溫度到達800℃後，保持30分鐘以上為理想。均質化處理的保持時間是1小時以上為理想，2小時以上更理想。
均質化處理後，以800℃以上的溫度開始熱軋。以在熱軋材不會形成粗大的Fe或Fe-P析出物的方式，熱軋終了於600℃以上的溫度，從該溫度藉由水冷等的方法來急
冷為理想。若熱軋後的急冷開始溫度比600℃低，則會形成粗大的Fe-P析出物，組織容易形成不均一，銅合金板(製品板)的強度會降低。
熱軋後，(a)將熱軋材冷軋至製品厚度，時效處理，(b)將熱軋材冷軋及時效處理，再冷軋至製品厚度，或(c)在前述(b)之後進行低溫退火(延展性的回復)。
時效處理(析出處理)是以加熱溫度300~600℃程度，保持0.5~10小時的條件進行。此加熱溫度未滿300℃則析出量少，若超過600℃，則析出物容易粗大化。加熱溫度的下限較理想是350℃，上限較理想是580℃。時效處理的保持時間是依據加熱溫度來適當選擇，在0.5~10小時的範圍內進行。此保持時間為0.5小時以下則析出不充分，即使超過10小時，析出量也會飽和，生產性會降低。保持時間的下限較理想是1小時，更理想是2小時。
將表1~4所示的組成的銅合金(僅比較例13純銅)鑄造，分別製作厚度45mm的鑄塊。對於各鑄塊進行965℃，3小時的均熱處理，接著進行熱軋而作為板厚15mm的熱軋材，從700℃以上的溫度淬火(水冷)。將淬火後的熱軋材的兩面各研磨1mm後，粗冷軋至目標板厚0.6mm，進行500℃保持2小時的時效處理，其次實施
50%的精冷軋，製造板厚0.3mm的銅合金板。
以取得的銅合金板作為供試材，以下述要領，進行導電率、機械的特性、彎曲加工性及焊錫潤濕性的各測定試驗。
並且，將取得的銅合金板，在室溫抽真空後，Ar氣體置換，加熱，板材的溫度到達850℃之後，30分鐘加熱後水冷者，及更以500℃，2小時加熱(時效處理)前述水冷材者，分別作為供試材，進行導電率及機械的特性的各測定試驗。
將各試驗結果顯示於表1~4。
導電率的測定是依照JIS-H0505規定的非鐵金屬材料導電率測定法，以使用雙電橋的四端子法來進行。試驗片的尺寸是寬度15mm及長度300mm。
從供試材，以長度方向能夠成為滾軋平行方向的方式，切出JIS5號拉伸試驗片，依照JIS-Z2241來實施拉伸試驗，測定耐力及延伸。耐力是相當於永久伸展0.2%的拉伸強度。
從供試材切出長度30mm及寬度30mm的正方形試驗片，將其表面(滾軋面)鏡面研摩後，以由水
120×10-6m3、鹽酸30×10-6m3、氯化鐵10g所構成的腐蝕液來蝕刻。用光學顯微鏡來觀察蝕刻後的板表面(觀察倍率100~400倍)，藉由JISH0501-1986的切斷法來求取。切斷方向是與滾軋方向直角的方向。對於同一試料在3處求取平均結晶粒徑，以3處的平均值(將0.1μm左右四捨五入)作為其試料的平均結晶粒徑。
彎曲加工性的測定是按照伸銅協會標準JBMA-T307規定的W彎曲試驗方法實施。從各供試材切出寬度10mm、長度30mm的試驗片，利用R/t=0.2的冶具來進行G.W.(Good Way(彎曲軸與滾軋方向垂直))及B.W.(Bad Way(彎曲軸與滾軋方向平行))的彎曲。其次，藉由100倍的光學顯微鏡來目視觀察彎曲部的破裂的有無，將在G.W.或B.W.的雙方無破裂的發生者評價成○(合格)，將在G.W.或B.W.的任一方或雙方發生破裂者評價成×(不合格)。
從各供試材採取長方形狀試驗片，將非活性助熔劑(flux)1秒鐘浸漬塗佈後，以弧面狀沾錫法(meniscograph method)來測定焊錫潤濕時間。焊錫是使用保持於260±5℃的Sn-3質量%Ag-0.5質量%Cu，以浸漬速度為25mm/sec、浸漬深度為5mm及浸漬時間為5sec的
試驗條件來實施。將焊錫潤濕時間為2秒以下者評價成焊錫潤濕性佳。另外，比較例10及24以外是焊錫潤濕時間為2秒以下。
表1所示的實施例1~17的銅合金板是合金組成符合本發明的規定，850℃，30分鐘加熱，其次時效處理之後的強度(0.2%耐力)為100MPa以上，且導電率為50%IACS以上。
相對於此，表2所示的比較例1~12的銅合金板及比較例13的純銅板是如以下所示般，某些的特性差。
比較例1是因為Fe含量少，所以時效處理後的強度低。
比較例2~4是[Fe]/[P]為高，時效處理後也Fe-P化合物的析出不充分，時效處理後的導電率低，比較例2及3是時效處理後的強度也低。
比較例5是因為Fe含量過剩，所以時效處理後的導電率低。
比較例6是P含量過剩，在熱軋時產生破裂，無法前進至熱軋後的工程。
比較例12是Fe含量超過1.0%，Fe含量過剩，[Fe]/[P]超過7，因此時效處理後的導電率比比較例5更低。
比較例7及8是因為[Fe]/[P]低，所以時效處理後也無助於Fe-P化合物的析出的P會固溶，時效處理
後的導電率低。
比較例9是因為[Fe]/[P]低，所以時效處理後也Fe-P化合物的析出少，強度低。
比較例10是Zn含量過剩，時效處理後的導電率低，且焊錫潤濕性差。
比較例11是其他元素的含量過剩，時效處理後的導電率低。
比較例13是以往的純銅板，導電率高，但強度是時效處理後亦低。
表3所示的實施例18~38的銅合金板是合金組成符合本發明的規定，850℃，30分鐘加熱，其次時效處理之後的強度(0.2%耐力)為100MPa以上，且導電率為45%IACS以上。
相對的，表4所示的比較例14~24的銅合金板是如以下般，某些的特性差。
比較例14是Fe及Sn的含量偏離圖1的ABCD的範圍(Fe含量少)，因此時效處理後的強度低。
比較例15~17是Fe及Sn的含量偏離圖1的ABCD的範圍(Sn含量過剩)，因此時效處理後的導電率低。
比較例18~20是Fe及Sn的含量偏離圖1的ABCD的範圍(Fe含量少)，因此時效處理後的強度低。
比較例21是因為[Fe]/[P]低，所以時效處理後也無助於Fe-P化合物的析出的P會固溶，時效處理後的導電率低。
比較例22是P含量過剩，在熱軋時產生破裂，無法前進至熱軋後的工程。
比較例23是因為[Fe]/[P]高，所以無助於Fe-P化合物的析出的Fe會固溶，時效處理後的導電率低。
比較例24是Zn含量過剩，焊錫潤濕性差。
有關表1~4所示的銅合金板之中代表性者(實施例1，3，19及24與比較例1，5，14及15)是在室溫抽真空後，Ar氣體置換，加熱，板材的溫度到達1000℃之後，30分鐘加熱後水冷，再以500℃，2小時加熱(時效處理)前述水冷材，以該銅合金板作為供試材，使用實施例1記載的方法來進行導電率及機械的特性的各測定試驗。將其結果顯示於表5。
如表5所示般，實施例1，3，19及24是1000℃，30分鐘加熱，其次時效處理後的強度(0.2%耐力)為100MPa以上，且導電率為50%IACS以上(不含Sn的情況)或45%IACS以上(含Sn的情況)。若將各個的數值與850℃，30分鐘加熱，其次時效處理後的測定結果(參照表1及3)作比較，則數值無大不同。
另一方面，比較例1，5，14及15是1000℃，30分鐘加熱，其次時效處理後的強度或導電率的一方或雙方差。
本說明書的開示內容是包含以下的形態。
形態1：一種散熱零件用銅合金板，其特徵為：含有Fe：0.07~0.7質量%，P：0.2質量%以下，Fe的含量[Fe]與P的含量[P]的比[Fe]/[P]為2~5，剩餘部分由Cu及不可避免雜質所構成，850℃，30分鐘加熱後水冷，其次時效處理之後的0.2%耐力為100MPa以上，導電率為50%IACS以上，在製造散熱零件的製程的一部分含有加熱至650℃以上的製程及時效處理。
形態2：一種散熱零件用銅合金板，其特徵為：包含以圖1所示的點A(0.1，0.006)、點B(0.5，0.006)、點C(0.05，1.1)、點D(0.05，0.05)包圍的範圍內(包含境界線上)的Fe及Sn、以及P：0.2質量%以下，Fe的含量[Fe]與P的含量[P]的比[Fe]/[P]為2~5，
剩餘部分由Cu及不可避免的雜質所構成，850℃，30分鐘加熱後水冷，其次時效處理之後的0.2%耐力為100MPa以上，導電率為45%IACS以上，在製造散熱零件的製程的一部分含有加熱至650℃以上的製程及時效處理。
形態3：如形態1記載的散熱零件用銅合金板，其中，更將Zn含有1.5質量%以下(不包含0質量%)。
形態4：如形態1或3記載的散熱零件用銅合金板，其中，更合計含有0.5質量%以下(不包含0質量%)的下列元素：Mn：0.1質量%以下(不包含0質量%)、Mg：0.2質量%以下(不包含0質量%)，Si：0.2質量%以下(不包含0質量%)，Al：0.2質量%以下(不包含0質量%)，Cr：0.2質量%以下(不包含0質量%)，Ti：0.1質量%以下(不包含0質量%)及Zr：0.05質量%以下(不包含0質量%)中的其中1種或2種以上。
形態5：如形態2記載的散熱零件用銅合金板，其中，更將Zn含有1.5質量%以下(不包含0質量%)。
形態6：如形態2或5記載的散熱零件用銅合金板，其中，更合計含有0.5質量%以下(不包含0質量%)的下列元素：Mn：0.1質量%以下(不包含0質量%)，Mg：0.2質量%以下(不包含0質量%)，Si：0.2質量%以下(不
包含0質量%)，Al：0.2質量%以下(不包含0質量%)，Cr：0.2質量%以下(不包含0質量%)，Ti：0.1質量%以下(不包含0質量%)及Zr：0.05質量%以下(不包含0質量%)中的其中1種或2種以上。
形態7：如形態1、3或4中的任一記載之散熱零件用銅合金板，其中，在850℃，30分鐘加熱前的板材中測定的板表面的平均結晶粒徑為20μm以下。
形態8：如形態2、5或6中的任一記載之散熱零件用銅合金板，其中，在850℃，30分鐘加熱前的板材中測定的板表面的平均結晶粒徑為20μm以下。
形態9：一種散熱零件，其特徵係由如形態1，3，4或7中的任一記載之散熱零件用銅合金板所構成，Fe-P化合物析出，具有100MPa以上的0.2%耐力及50%IACS以上的導電率。
形態10：一種散熱零件，其特徵係由如形態2，5，6或8中的任一記載之散熱零件用銅合金板所構成，Fe-P化合物析出，具有100MPa以上的0.2%耐力及45%IACS以上的導電率。
形態11：如形態9或10記載的散熱零件，其中，在外表面的
至少一部分形成有Sn被覆層。
形態12：如形態9或10記載的散熱零件，其中，在外表面的至少一部分形成有Ni被覆層。
本申請案是以申請日為2015年3月23日的日本專利申請案、特願第2015-058957號、及申請日為2015年10月12日的日本專利申請案、特願第2015-201655號作為基礎申請案，主張優先權。參照特願第2015-058957號及特願第2015-201655號編入本說明書中。
Claims (22)
- 一種散熱零件用銅合金板，其特徵為：含有Fe：0.07~0.7質量%，P：0.2質量%以下，Fe的含量[Fe]與P的含量[P]的比[Fe]/[P]為2~5，剩餘部分由Cu及不可避免雜質所構成，850℃，30分鐘加熱後水冷，其次時效處理之後的0.2%耐力為100MPa以上，導電率為50%IACS以上，在製造散熱零件的製程的一部分含有加熱至650℃以上的製程及時效處理。
- 一種散熱零件用銅合金板，其特徵為：包含以圖1所示的點A(0.1，0.006)、點B(0.5，0.006)、點C(0.05，1.1)、點D(0.05，0.05)包圍的範圍內(包含境界線上)的Fe及Sn、以及P：0.2質量%以下，Fe的含量[Fe]與P的含量[P]的比[Fe]/[P]為2~5，剩餘部分由Cu及不可避免的雜質所構成，850℃，30分鐘加熱後水冷，其次時效處理之後的0.2%耐力為100MPa以上，導電率為45%IACS以上，在製造散熱零件的製程的一部分含有加熱至650℃以上的製程及時效處理。
- 如申請專利範圍第1項之散熱零件用銅合金板，其中，更含有1.5質量%以下(不包含0質量%)Zn。
- 如申請專利範圍第1項之散熱零件用銅合金板，其中，更合計含有0.5質量%以下(不包含0質量%)的下列元素：Mn：0.1質量%以下(不包含0質量%)，Mg：0.2質量%以下(不包含0質量%)，Si：0.2質量%以下(不包含0質量%)，Al：0.2質量%以下(不包含0 質量%)，Cr：0.2質量%以下(不包含0質量%)，Ti：0.1質量%以下(不包含0質量%)及Zr：0.05質量%以下(不包含0質量%)的其中1種或2種以上。
- 如申請專利範圍第3項之散熱零件用銅合金板，其中，更合計含有0.5質量%以下(不包含0質量%)的下列元素：Mn：0.1質量%以下(不包含0質量%)，Mg：0.2質量%以下(不包含0質量%)，Si：0.2質量%以下(不包含0質量%)，Al：0.2質量%以下(不包含0質量%)，Cr：0.2質量%以下(不包含0質量%)，Ti：0.1質量%以下(不包含0質量%)及Zr：0.05質量%以下(不包含0質量%)的其中1種或2種以上。
- 如申請專利範圍第2項之散熱零件用銅合金板，其中，更含有1.5質量%以下(不包含0質量%)Zn。
- 如申請專利範圍第2項之散熱零件用銅合金板，其中，更合計含有0.5質量%以下(不包含0質量%)的下列元素：Mn：0.1質量%以下(不包含0質量%)，Mg：0.2質量%以下(不包含0質量%)，Si：0.2質量%以下(不包含0質量%)，Al：0.2質量%以下(不包含0質量%)，Cr：0.2質量%以下(不包含0質量%)，Ti：0.1質量%以下(不包含0質量%)及Zr：0.05質量%以下(不包含0質量%)的其中1種或2種以上。
- 如申請專利範圍第6項之散熱零件用銅合金板，其中，更合計含有0.5質量%以下(不包含0質量%)，Mn：0.1質量%以下(不包含0質量%)，Mg：0.2質量% 以下(不包含0質量%)，Si：0.2質量%以下(不包含0質量%)，Al：0.2質量%以下(不包含0質量%)，Cr：0.2質量%以下(不包含0質量%)，Ti：0.1質量%以下(不包含0質量%)及Zr：0.05質量%以下(不包含0質量%)的其中1種或2種以上。
- 如申請專利範圍第1、3、4或5項中的任一項所記載之散熱零件用銅合金板，其中，在850℃，30分鐘加熱前的板材中測定的板表面的平均結晶粒徑為20μm以下。
- 如申請專利範圍第2、6、7或8項中的任一項所記載之散熱零件用銅合金板，其中，在850℃，30分鐘加熱前的板材中測定的板表面的平均結晶粒徑為20μm以下。
- 一種散熱零件，其特徵係由如申請專利範圍第1、3、4或5項中的任一項所記載之散熱零件用銅合金板所構成，Fe-P化合物析出，具有100MPa以上的0.2%耐力及50%IACS以上的導電率。
- 一種散熱零件，其特徵係由如申請專利範圍第9項所記載的散熱零件用銅合金板所構成，Fe-P化合物析出，具有100MPa以上的0.2%耐力及50%IACS以上的導電率。
- 一種散熱零件，其特徵係由如申請專利範圍第2、6、7或8項中的任一項所記載之散熱零件用銅合金板所構成，Fe-P化合物析出，具有100MPa以上的0.2%耐 力及45%IACS以上的導電率。
- 一種散熱零件，其特徵係由如申請專利範圍第10項所記載的散熱零件用銅合金板所構成，Fe-P化合物析出，具有100MPa以上的0.2%耐力及45%IACS以上的導電率。
- 如申請專利範圍第11項之散熱零件，其中，在外表面的至少一部分形成有Sn被覆層。
- 如申請專利範圍第12項之散熱零件，其中，在外表面的至少一部分形成有Sn被覆層。
- 如申請專利範圍第11項之散熱零件，其中，在外表面的至少一部分形成有Ni被覆層。
- 如申請專利範圍第12項之散熱零件，其中，在外表面的至少一部分形成有Ni被覆層。
- 如申請專利範圍第13項之散熱零件，其中，在外表面的至少一部分形成有Sn被覆層。
- 如申請專利範圍第14項之散熱零件，其中，在外表面的至少一部分形成有Sn被覆層。
- 如申請專利範圍第13項之散熱零件，其中，在外表面的至少一部分形成有Ni被覆層。
- 如申請專利範圍第14項之散熱零件，其中，在外表面的至少一部分形成有Ni被覆層。
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